室内移动机器人激光点云2D墙线检测实验

快速、准确地识别墙线环境元素是室内移动机器人导航功能的重要基础。该文针对传统霍夫变换方法易丢失信息和产生过多冗余线段问题,提出一种基于激光雷达点云数据空间特性的2D墙线直接提取算法。首先通过点云直通滤波技术去除原始三维点云数据中的地面点云干扰;然后将清洗后的点云投影到二维地平面上,转化为二值化图像后进行直线检测;再利用自定义的直线滤波增强算法,在减少冗余线段的同时保留更多有效墙线信息,从而快速生成更为吻合的建筑物墙线模型。仿真实验结果表明,新算法在不同复杂度场景下提取的线段数量整体平均降低50.8%,且处理时间小于100 ms,满足移动机器人导航过程中实时环境识别需求。该实验适合用作高校教学实验,有助于学生将理论知识与实践操作相结合,深入理解室内地图构建与环境感知技术。

基于斜率的点云线段提取算法

在激光雷达(LiDAR)同步定位与建图(SLAM)中,特征点的提取是否准确决定整个系统中建图和定位精度高低。使用基于曲率的特征点配准存在无法对位姿充分约束的问题。针对这一问题,提出了一种基于斜率的点云预处理算法,可以快速提取点云中的线段(水平和竖直线段)。首先,对点云在水平方向通过角度,在竖直方向通过激光通道号进行序列化点云,并通过分区方差去除无效分区;然后,在水平和竖直方向提取直线段,并判断直线类别;最后,输出水平线段和竖直线段。实验数据分析结果表明:与之前的Fast算法、Efficient算法相比,处理速度达到150 Hz,配准效果要比直接使用原始点云效果更好。

基于移动LiDAR点云数据的室内全要素三维重建

精确的室内三维模型在古遗产保护、公共场所的精细化管理和室内导航等领域有着重要作用,而激光雷达正被逐步应用到室内三维重建中。文中采用移动激光雷达对室内所有附属设施进行高精度激光扫描,得到融合CCD影像色彩信息的彩色点云数据。给出室内全要素三维重建的技术流程,并利用Autodesk CAD等三维建模平台对点云数据进行有效处理,最终得到高精度且带有大地坐标的室内三维模型。实验结果表明,采用移动激光雷达能快速获取高精度的室内三维点云数据。通过文中提出的流程,可快速得到真三维、真尺寸、真纹理的室内全要素模型。

基于空间梯度滤波和k近邻聚类融合的巷道点云掌子面分割方法

针对现有的曲面滤波方法不完全适用于矿山巷道掌子面点云分割的问题,提出了一种融合空间梯度滤波与k近邻欧式聚类的点云分割算法。该算法基于空间梯度滤波降低点云数据中掌子面和巷道壁区域黏连的现象,采用k近邻欧式聚类算法分离不同点云团体并保留掌子面点云分割结果。最后,采用AABB包围盒筛选滤波步骤滤除的点云,并用来补全因过分割而导致的掌子面内部空洞区域。试验选取4组真实矿山巷道雷达点云集合,从巷道形貌、点云密度、姿态角偏差量等不同维度验证所提算法的鲁棒性。试验结果表明,在最优超参数条件下,该算法的精确率、召回率与综合评价指标F1分别达到了97.80%、98.98%和98.38%,均优于所选的对比算法。对比试验证明该算法能够实现复杂曲面形貌条件下的掌子面点云分割,具有精度高、可操作性好、鲁棒性高的特点。

基于机载激光雷达的地质灾害识别关键技术及应用研究

激光雷达测量(LiDAR)技术是一种先进的主动式遥感测量手段,具备多次回波且成像点云可滤除植被的特点,该技术在几乎无植被覆盖的矿山地质调查、道路巡检等方面有了一定的应用,但在植被覆盖区的地质灾害或地质灾害隐患识别方面的研究还有待进一步深入。针对江苏省山区植被覆盖茂盛、地质灾害隐蔽性强的特点,以宜兴市竹海风景区公路旁一处道路边坡为研究对象,基于无人机机载LiDAR低空测取的高密度激光点云数据,使用Terrasolid的Terrascan模块进行滤波处理,得到剥离植被后的地面点云,进而利用Arcgis10.6生成DEM、等高线图和一系列数字地形分析图件,并据此分析和解译出该边坡区一处隐蔽滑坡的各种地表参数信息。结果表明:该滑坡体平面上呈现典型的圈椅状地貌,面积为930 m^(2),长为91 m,宽为19 m,平均地表坡度为35°,滑坡体主滑方向为南偏西6°,为公路切坡诱发的小型土质滑坡;滑坡体的滑坡前、后缘高差为10.1 m,滑坡后壁高差为1.9~3.1 m,中部滑坡台阶宽度为3.5~6.2 m。该研究不仅总结出一套针对植被覆盖区小型地质灾害进行机载激光雷达快速识别的技术流程,同时也为植被茂密区相对隐蔽地质灾害隐患的调查及防灾减灾提供了思路。

复杂拓扑结构的树木枝干重建算法

具有复杂拓扑结构的树木枝干重建问题是国内外研究的一个热点和难点.本文提出了一种有效且鲁棒的树木枝干重建算法.首先在原始树木点云上建立基于黎曼流形的Delaunay邻域关系,然后将所有顶点当作位置约束加Laplace方程,再迭代地解Laplace方程将点云收缩到我们预想的程度,然后利用聚类和连接算法得到一个初步的树木枝干,最后再通过修复得到最终的树木枝干.本文的算法在对含笑树和樱花树上进行了验证,实验结果表明该算法有很好的重建效果.

Skyline-Based Registration of 3D Laser Scans

Acquisition and registration of terrestrial 3D laser scans is a fundamental task in mapping and modeling of cities in three dimensions. To automate this task marker-flee registration methods are required. Based on the existence of skyline features, this paper proposes a novel method. The skyline features are extracted from panoramic 3D scans and encoded as strings enabling the use of string matching for merging the scans. Initial results of the proposed method in the old city center of Bremen are presented.